[发明专利]一种接触孔形成方法在审

专利信息
申请号: 201510271722.5 申请日: 2015-05-25
公开(公告)号: CN104979281A 公开(公告)日: 2015-10-14
发明(设计)人: 罗永坚;任昱;吕煜坤;朱骏;张旭升 申请(专利权)人: 上海华力微电子有限公司
主分类号: H01L21/768 分类号: H01L21/768;H01L21/311
代理公司: 上海思微知识产权代理事务所(普通合伙) 31237 代理人: 智云
地址: 201203 上海市*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 接触 形成 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及半导体制造领域,尤其涉及一种接触孔形成方法。

背景技术

由于集成电路的制造向超大规模集成电路发展,其内部的电路密度越来越大,随着芯片中所含元件数量的不断增加,实际上就减少了表面连线的可用空间。这一问题的解决方法是采用多层金属导线设计,利用多层绝缘层和导电层相互叠加的多层连接,这其中就需要制作大量的接触孔。比如,现有的MOS晶体管工艺中,需要在有源区(源极和漏极)以及栅极(包括多晶硅栅极、金属栅极等)上形成接触孔。

在90nm之前的技术节点,在CMOS产品的接触孔刻蚀(Contact Etch)之后,都会转入去胶机台(Asher)进行去胶(Ash),然后进入湿法清洗机台进行去胶后清洗(Wet Clean)。接触孔刻蚀的步骤也相对简单,将表面上有Si N阻挡层和层间介质层的衬底送入刻蚀机后,一般只包含光刻胶旋涂(主要是底部抗反射涂层/电介质抗反射涂层涂覆,BARC/DARC step)、主刻蚀(Main Etch step)和过刻蚀(Over Etch step)这几个步骤。

而随着关键尺寸(CD)的不断缩小,为了保证接触孔刻蚀之后的各种参数(比如形状,侧壁,顶部/底部CD等),接触孔刻蚀中的结构也不断变得复杂;进入65nm技术节点以后,单纯光刻胶已经不能作为刻蚀掩膜层,需要在光刻胶下增加一层硬掩膜(一般为APF或者其他含碳硬掩膜材质);接触孔和衬底接触的金属硅化物也从金属钴变成金属镍(Ni),而镍硅化合物(Ni-Silicide)容易被氧化。为了满足产品性能不断提高的需求,以及为了避免Ni-Silicide在后续去胶工艺中被氧化,在CIS产品中把去胶(Ash Step)整合到接触孔刻蚀制程中(一般地,去胶工艺步骤在氮化硅刻蚀(SiN Remove)之前完成,这种在主刻蚀腔体中完成去胶工艺的技术称为原位去胶(In-situ Ash)的接触孔技术,具体如下:

在刻蚀设备的刻蚀腔中进行接触孔刻蚀,包括Darc/Barc step、APF Hard Mask Etch Step、Main Etch Step、Over Etch step;

在刻蚀设备的刻蚀腔中进行原位去胶(In-situ Ash Step);

在刻蚀设备的刻蚀腔中去除接触孔底部的氮化硅(SiN Remove);

湿法(Wet)清洗,并在Wet机台中去除产品表面的微粒和其他残留物质;

缺陷检查(Defect Scan)。

由上可见,In-situ Ash的接触孔刻蚀工艺中,接触孔刻蚀结束后会直接进入湿法清洗步骤。然而,在湿法清洗之后的缺陷检查(Defect Scan)时,经常能检测出有随机分布的聚合物残留(residue)(如图1A和图1B所示)。聚合物残留的数量一般在几十到几百颗,严重的会超过1000甚至2000颗。对residue进行成分分析发现,residue成分主要是C、F、O,推测应该是接触孔刻蚀过程中残留在接触孔通孔中的高分子聚合物(polymer),这些polymer在后续的湿法清洗工艺中不能很好除去而黏附在晶圆(wafer)表面,形成所述随机分布聚合物残留(residue)。经逐站defect扫描跟踪发现,接触孔刻蚀后的residue在接触孔金属沉积(CTG-DEP)之后仍然能看到痕迹(请参考图1C),金属填充后的化学机械平坦化表面出现金属插塞填充异常(请参考图1D),最终导致器件失效。

显然,聚合物残留的存在会导致最终产品的良率(Yield)下降。分析大量产品发现,在大约2000颗聚合物残留存在的情况下,良率会下降大约10%。因此目前规定一旦检测发现产品的residue存在数量超过700颗,就判定产品有异常,需要工艺工程师做调查,一般要把刻蚀机台(chamber)暂停下来,检查residue有问题产品的前后批,如果情况严重,则需要马上进行机台/腔体的清理维护工作(maintains),确认residue没问题之后才能继续生产。

因此,需要一种接触孔形成方法,可以减少去胶工艺后的聚合物残留的存在数量,以提高产品的良率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接触孔形成方法,可以减少去胶工艺后的聚合物残留的存在数量,以提高产品的良率。

为解决上述问题,本发明提出一种接触孔形成方法,包括:

将一待接触孔刻蚀的半导体衬底送入刻蚀设备的刻蚀腔,所述半导体衬底的表面上依次形成有刻蚀阻挡层、层间介质层、含碳硬掩膜层以及图案化的光刻胶;

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